“認(rèn)識大腦、模擬大腦、保護(hù)大腦”一直是全球腦科學(xué)科研人員不斷努力的目標(biāo)。
日前，在2021年的浦江創(chuàng)新論壇上，全球頂尖腦科學(xué)領(lǐng)域研究專家分享了腦科學(xué)在實際醫(yī)療健康應(yīng)用中的可能及探索邊界。
有什么樣的大腦，更適合當(dāng)領(lǐng)導(dǎo)？吸煙喝酒會讓大腦發(fā)生怎樣的改變？未來治療抑郁癥患者有哪些可行方案？針對腦科學(xué)有關(guān)的種種復(fù)雜問題，科學(xué)家們在提出的假設(shè)中反復(fù)推演，試圖逐步揭開人腦中的“秘密”。
龐雜的“腦計劃”
早在2015年，中國科學(xué)家就對腦科學(xué)與類腦研究在中國“一體兩翼”的部署達(dá)成了初步的共識。其中，“一體”是以闡釋人類認(rèn)知的神經(jīng)基礎(chǔ)為主體和核心，“兩翼”是指腦重大疾病的研究以及通過計算和系統(tǒng)模擬推進(jìn)人工智能的研究。
在腦疾病的診斷治療方面，是為了知道腦疾病如何早期診斷、早期干預(yù)，由此可以延伸出有關(guān)腦健康和腦醫(yī)療的產(chǎn)業(yè)。而對腦機(jī)智能技術(shù)的研究涉及到大腦與機(jī)器之間的關(guān)系，即腦機(jī)接口，包含器件從大腦獲取信息、用大腦信息操縱外部器件、外部器件再反饋信息給大腦，從而實現(xiàn)調(diào)控大腦的過程。
中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心副主任孫衍剛稱，基于腦科學(xué)的重要性，各個國家紛紛推出了腦計劃。美國2013年推出后其他國家也相繼推出。美國、歐盟腦計劃關(guān)注大腦結(jié)構(gòu)，歐盟的腦計劃還會基于這個結(jié)構(gòu)去模擬大腦如何運(yùn)作。
“10年后，人工智能最前沿的就是類腦人工智能，現(xiàn)在就要布局，希望在下一個潮流出現(xiàn)的時候能夠站在前沿。”中國科學(xué)院院士、中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心學(xué)術(shù)主任蒲慕明說道。
大腦，控制著人類所有行為和日常生活。據(jù)了解，人腦擁有近1000億個神經(jīng)元和100萬億個連接，是科學(xué)中最大的謎團(tuán)之一，也是醫(yī)學(xué)上最大的挑戰(zhàn)之一。目前全腦神經(jīng)聯(lián)結(jié)圖譜已成為腦科學(xué)的核心問題，不僅可以幫助認(rèn)知大腦的神經(jīng)基礎(chǔ)、疾病的發(fā)生機(jī)制，還將是啟發(fā)設(shè)計類腦智能芯片和系統(tǒng)的重要基石。
“國家非常重視全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜的研究，也正在醞釀啟動全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜的大科學(xué)計劃，希望基于前期的斑馬魚和小鼠的圖譜繪制，在2035年完成獼猴全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜的繪制?！睂O衍剛分享道。
蒲慕明表示，人類演化到了靈長類的時候出現(xiàn)了很多新的智能，包括共情心、親社會行為、意識和語言等。只有知道大腦的成長過程，并從中得到靈感，才能對構(gòu)建器件、人工網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一些啟發(fā)。
多個研究熱點涌現(xiàn)
第一財經(jīng)記者在浦江創(chuàng)新論壇現(xiàn)場了解道，蒲慕明團(tuán)隊已設(shè)計有15項腦功能定量檢測的工具集，有望在2025年建立指標(biāo)，并在2050年推廣至全國。
腦機(jī)智能技術(shù)作為腦計劃的另一個“翼”，可以通過調(diào)控大腦的技術(shù)，如磁、光、超聲來改變大腦的狀態(tài)。“國內(nèi)腦機(jī)接口主要有兩個方向，一個是腦控，例如癱瘓患者可以操控外面的假肢；另一個是控腦，外界器件產(chǎn)生電信息、磁信息，來控制大腦的活動。”蒲慕明介紹道。
蒲慕明希望，通過研究大腦，將計算神經(jīng)科學(xué)的理論和算法引申到人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)里，做出計算機(jī)的架構(gòu)，最終實現(xiàn)智能體能夠與人講話、照顧家庭。
面對腦機(jī)接口領(lǐng)域“如何解碼大腦信息”等障礙，國內(nèi)技術(shù)與馬斯克的技術(shù)有多大差距？
蒲慕明認(rèn)為，在微小化和無線傳輸方面，馬斯克的集成化做得更好，但國內(nèi)技術(shù)與其差距并不是太大，且國內(nèi)已經(jīng)能夠通過柔性電極刺激神經(jīng)元，主要方向是閉環(huán)的腦機(jī)接口。蒲慕明相信，5年之內(nèi)，國內(nèi)技術(shù)會與馬斯克的研究并駕齊驅(qū)。
除了腦機(jī)接口這一研究熱點，全球科學(xué)家對何種因素會導(dǎo)致人的某種疾病或哪一類社會行為的研究側(cè)重點也各有不同。
德國海德堡大學(xué)教授Valery Grinevich教授研究應(yīng)激、壓力，或人的某類行為是如何在分子層面發(fā)生作用的，例如催產(chǎn)素對于人腦部的功能和行為的調(diào)節(jié)研究。
Valery Grinevich教授分析稱，催產(chǎn)素神經(jīng)元會調(diào)節(jié)人的社交行為，它可以讓人體更好地完成社交互動。借助催產(chǎn)素通路，可以更好的讓人具有更多的社交動機(jī)。所謂的社交愉悅感很多就是由催產(chǎn)素造成的。
通過各種研究，甚至能夠理解個體化差異背后其實是有生物學(xué)基礎(chǔ)的。北京師范大學(xué)教授馬燚娜研究發(fā)現(xiàn)，利己性和利他性是有差異的，相對應(yīng)的是兩種類型的人，一種叫親社會型，他們會把總獲得量做到最大。第二個是利己者，即自私的個體，目標(biāo)是把他們自己的獲益放到最大。
馬燚娜研究發(fā)現(xiàn)，催產(chǎn)素對親社會的作用主要是對自私個體有效，對親社會個體的作用微乎其微。也因此，她認(rèn)為對中心節(jié)點的人給予催產(chǎn)素的注射，能夠增加整個群體的合作性。
多名科學(xué)家表示，必須承認(rèn)，人和動物之間是有類似性的，看上去好像是靠腦子來決定自己的行為，但是無論哪類研究，提出的概念都是基于社交的相互作用或社交認(rèn)知，并不是單純由一個人的大腦決定的。因此，是由神經(jīng)信號、行為信號還有其他信號，一同來推動了人類做出某一種行為。
腦疾病治療的未來
蒲慕明指出，世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計現(xiàn)在世界社會負(fù)擔(dān)最嚴(yán)重的就是腦疾病，包括抑郁癥、精神分裂癥、老年癡呆等。腦疾病社會負(fù)擔(dān)超過癌癥和心血管病，社會面臨很大的問題，然而，更嚴(yán)重的問題是沒有治療腦疾病很有效的藥物。
未來，重大腦疾病包含幼年期自閉癥障礙、成年期抑郁癥、老年期退行性疾病，要完全解決治病機(jī)理可能還要幾十年，或者更久?！霸跊]能把治病機(jī)理搞清楚之前就應(yīng)該對這些疾病有預(yù)警，并展開早期診斷?！逼涯矫餮a(bǔ)充道。
困難之大，在于藥物研發(fā)，過去腦部疾病的藥物研發(fā)在小鼠模型上有效，但在人身上無效，最終97%以上的藥都宣告失敗。蒲慕明認(rèn)為，腦疾病的治療手段研發(fā)一定要有和人比較相近的動物，不是小鼠而是猴子，于是才做出了克隆猴。
在臨床治療研究中，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用也同樣能將腦疾病相關(guān)的診療研究提速。目前，利用腦科學(xué)原理做出的算法，能通過步態(tài)識別出不同的人，準(zhǔn)確率超過95%。
復(fù)旦大學(xué)大數(shù)據(jù)學(xué)院院長、類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院院長馮建峰在浦江創(chuàng)新論壇現(xiàn)場展示了兩個走路的小人動圖，其中一個是抑郁癥患者。第一財經(jīng)記者觀察發(fā)現(xiàn)，相比正常的走路小人，代表抑郁癥患者的走路動作幅度相對較小。
利用這類復(fù)雜的算法，馮建峰表示，還可以進(jìn)行抑郁癥、帕金森、阿爾茨海默等疾病的診斷。例如，通過腦影像來幫助腦卒中患者制定治療方案，并進(jìn)行卒中后復(fù)發(fā)概率的預(yù)測。目前該軟件在100多家醫(yī)院使用，2021年底將推廣至200家醫(yī)院。
在神經(jīng)疾病、精神疾病領(lǐng)域，利用抑郁癥、精神分裂癥、自閉癥等患者大數(shù)據(jù)可以挖掘更多價值。馮建峰團(tuán)隊在自閉癥方面成功實現(xiàn)老藥新用就是一個典型。
為什么得抑郁癥？科學(xué)研究認(rèn)為，腦子中負(fù)責(zé)獎勵的那個區(qū)域不敏感，管懲罰的區(qū)域過于敏感。據(jù)了解，靶向性的物理治療可以抑制大腦某些地方的活動，馮建峰稱，目前有50%的療效，對于難治性抑郁癥有30%的療效。
“可以通過獎勵來激勵人的行為、影響人的情緒，也可以引導(dǎo)人的學(xué)習(xí)。同時，如果獎懲機(jī)制出現(xiàn)問題也可能會導(dǎo)致重要的疾病，比如說抑郁癥的出現(xiàn)。它會告訴大腦你可以去改變你的行為來適應(yīng)這種環(huán)境，這個就讓我們?nèi)说男袨樵絹碓饺ミm應(yīng)環(huán)境提出的要求。”北京腦科學(xué)與類腦研究中心聯(lián)合主任羅敏敏分享道。
有研究發(fā)現(xiàn)，85歲以上約有50%的人會患有老年癡呆。從這類數(shù)據(jù)的得出，可以發(fā)現(xiàn)，通過關(guān)聯(lián)分析、因果分析來探究腦科學(xué)與腦疾病之間的關(guān)系還將應(yīng)用在更多領(lǐng)域，例如腦與身體癌癥方面的數(shù)據(jù)研究、抽煙和喝酒對大腦的影響研究、腦部結(jié)構(gòu)與投資成功概率的聯(lián)系等。隨著對大腦認(rèn)識的逐步深入，更多的科學(xué)家希望涉及治未病領(lǐng)域。“以后不光有體檢，還有腦體檢?！瘪T建峰說。
羅敏敏告訴第一財經(jīng)記者，所有的行為會依賴于“記憶”和“未來的期待”。雖然很多決策不理性，但是這種不理性對進(jìn)化是有幫助的，才能在進(jìn)化中保留下來。人的行為是非常動態(tài)的，調(diào)控大腦可以考慮，但調(diào)控的方式和準(zhǔn)確度需要非常小心地研究。
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